Приёмы формирования читательской и естественнонаучной грамотности на уроках химии.

     Естественнонаучная грамотность – это способность использовать естественнонаучные знания, выявлять проблемы и делать обоснованные выводы, необходимые для понимания окружающего мира и тех изменений, которые вносит в него деятельность человека, а также для принятия соответствующих решений.

       В практике преподавания химии в современной школе разработка подходов к оценке естественнонаучной грамотности обучающихся и выпускников становится одним из важных направлений совершенствования целостной системы контроля и оценки образовательных достижений по предмету. В центре внимания находятся два вопроса: «Какие компоненты содержания учебного предмета «Химия» имеют первостепенное значение в контексте определения содержательной характеристики естественнонаучной грамотности?» и «Какие предметные знания и предметные умения должны служить основой для разработки заданий по оценке сформированности этой грамотности?».

      В настоящее время в системе общего среднего образования осуществляется постепенный переход к работе по новым стандартам. Этим обусловлена необходимость более чёткого определения содержательной основы результатов обучения, т.е. выявления элементов содержания учебного предмета, подлежащих обязательному усвоению, и установления уровней и качественных характеристик этого усвоения.

Стандарты нового поколения устанавливают требования к достижению трёх типов результатов образования: личностных, метапредметных, предметных, заданных в виде компетенций, которыми должны овладеть обучающиеся. Известно, что понятие компетенции относится к области умений, а не знаний. «Компетенция – это общая способность, основанная на знаниях, опыте, ценностях, склонностях, которые приобретены благодаря обучению».     

    Умения представляются как компетенции в действии. Поэтому в стандарте основные требования к метапредметным результатам обучения химии сформулированы в виде следующих умений: осознано выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач; определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии; самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации изучаемых объектов; строить логические рассуждения, умозаключения, делать выводы и т.д.

      Обратимся прежде к общеизвестному представлению о содержательной характеристике естественнонаучной грамотности. В международных мониторинговых исследованиях качества образования PISA, TIMSS естественнонаучную грамотность определяют такие компетенции, как понимание основных особенностей естественнонаучного метода познания; способность использовать естественнонаучные знания для анализа и объяснения явлений окружающего мира, для прогнозирования изменений в нём, происходящих под влиянием различных факторов; умение делать обоснованные заключения на основании научных фактов и имеющихся данных с целью получения достоверных выводов.

      Детализируя эти умения с учётом целей и задач образовательного процесса, выделим из них следующие, наиболее значимые для развития интеллекта и познавательной активности учащихся:

- умение самостоятельно организовывать свою познавательную деятельность (от постановки цели, выдвижении гипотезы о способах разрешения проблемы до получения результата), что особенно необходимо при планировании и проведении химических экспериментов;

- умение осуществлять приёмы логического мышления: определять понятия, раскрывать их сущность, выбирать основания для классификации веществ и химических реакций, выявлять взаимосвязь частного, единичного и общего в изучаемых веществах и химических явлениях;

- умение использовать полученные при изучении химии знания и опыт для объяснения и прогнозирования явлений, имеющих естественнонаучную природу, для принятия грамотных решений в конкретных жизненных ситуациях, связанных с веществами и их применением; оценивать с позиций экологической безопасности характер влияния веществ и химических процессов на организм человека и окружающую природную среду;

- умение самостоятельно приобретать новые для себя знания о веществах, их превращениях и практическом применении, используя при этом источники дополнительной научной и научно-популярной

информации по химии; способность формировать собственную позицию по отношению к получаемой химической информации.

         Задания, используемые в этих целях, классифицируются по разным основаниям: своей типологии, объёму проверяемого содержания, способам познавательной деятельности, необходимым для их выполнения. Например, начинают получать распространение так называемые контекстно-ориентированные задания, выполнение которых предполагает умения: объяснять реальные явления на основе имеющихся данных, прогнозировать развитие какого-либо процесса, формулировать вывод на основе информации, представленной в различных формах (таблицы, графики, диаграммы, формулы, текст и другие).

     Вместе с тем, при всём своём разнообразии задания имеют некоторое формальное сходство по целевой направленности: назначение каждого из них состоит не только в том, чтобы установить, что знают и умеют учащиеся, но и объективно оценить, как и в каких взаимосвязях они могут применять полученные знания и умения. Для реализации этой цели важно обеспечить возможность объективной оценки сформированности у обучающихся и выпускников необходимых умений на уровнях: овладения понятийным аппаратом курса; усвоения общих закономерностей и методов исследования веществ и реакций; применения химических знаний в контексте повседневной жизни; развития интеллектуальных умений, позволяющих осмыслить реальные ситуации, использовать свой опыт для получения новых знаний.

 

     В свою очередь, в целях дифференциации заданий по уровню их сложности учитываются требования, предъявляемые Стандартом к усвоению того или иного понятия, или к сформированности определённого умения. В этой связи различают базовый, повышенный и высокий уровень усвоения понятий и умений. Базовый уровень предусматривает сформированность умений: выделять существенные признаки ключевых понятий курса, классифицировать вещества и реакции. Повышенный уровень усвоения предполагает сформированность умений: применять изученные понятия во взаимосвязи; систематизировать и обобщать имеющиеся знания. Высокий уровень усвоения характеризуется умениями: самостоятельно и осознанно использовать полученные знания в различных новых связях, находить оригинальный способ решения задач, делать выводы, умозаключения и оценивать достоверность полученных результатов.

Проиллюстрируем особенности использования названных методических приёмов на примере построения конкретных заданий.

     Примеры заданий для оценки естественнонаучной грамотности школьников.

1) Сформированность у учащихся умения анализировать информацию, представленную в различных формах (текст, таблицы, графики, знаковая символика и т.п.). Использование заданий, ориентированных на проверку достижения этого результата, широко практикуется уже на начальных этапах обучения химии. Примером тому является задание, выполнение которого предполагает проверку достижения планируемого результата «раскрывать смысл понятий химический элемент и простое вещество».

Задание 1

Проанализируйте представленные в таблице утверждения и укажите, какое из них относится к понятию «химический элемент», а в какое – к понятию «простое вещество». Выбранный ответ обозначьте знаком «+» в соответствующем столбце таблицы.

Утверждение

Химический

элемент

Простое

вещество

Графит – «серый брат алмаза». Это слово происходит от греческого – grafo – пишу. Графит издавна использовали для изготовления пишущих инструментов вроде современных карандашей.

 

 

Иод играет важную роль в обмене веществ в организме человека. Иод накапливается в щитовидной железе. При её заболеваниях назначают иодсодержащие препараты.

 

 

Озон даже в небольших количествах выполняет роль окислителя многих веществ. Озоном обеззараживают водопроводную воду, очищают воздух от болезнетворных бактерий. Из-за своей активности в больших дозах он может стать опасным для здоровья человека и животных.

 

 

Алюминиевую фольгу широко используют в пищевой промышленности. Из неё делают обёртки конфет, шоколада, плавленых сыров, крышки молочных бутылок.

 

 

 

   По мере изучения химии задания, направленные на формирование умения работать с информацией, существенно модифицируются: основой для их разработки зачастую становятся обширные, иногда избыточные по объёму, справочные данные о физических и химических свойствах веществ, анализ которых показывает учащимся, каким может быть путь к самостоятельному получению необходимых сведений. Особенно предпочтительны эти задания на этапе систематизации знаний при изучении химии на повышенном  уровне.

Задание 2

Ознакомьтесь с приведенными ниже утверждениями о строении и свойствах аминов.

1. Растворимость первичных аминов в воде повышается с увеличением числа атомов углерода в их молекуле.

2. Этиламин и диметиламин являются изомерами, и поэтому имеют одинаковую температуру кипения.

3. Вторичные амины, как правило, хуже растворимы в воде, чем первичные амины с тем же числом атомов углерода.

4. Ароматические амины, как правило, представляют собой жидкости тяжелее воды.

5. В ряду первичных аминов первые четыре представителя являются газообразными при обычных условиях веществами.

Выберите верные из этих утверждений.

   2) Приобретение опыта использования различных методов изучения веществ и химических реакций – другая важная характеристика формируемой естественнонаучной грамотности.  Учащиеся знакомятся с таким методом как моделирование. Данный метод в химии имеет приоритетное значение, поскольку непосредственное наблюдение внутренней структуры веществ ограничено.

      Задания, направленные на проверку способности учащихся использовать этот метод познания, предполагают разнообразную по характеру познавательную деятельность. Её результатом становится построение модели химического процесса, в котором состав исходных и полученных веществ должен быть представлен в виде знаковых моделей – химических формул, а сам процесс – в виде химического уравнения. В практике обучения химии такие задания получили название «мысленного эксперимента». Они различаются по формату и уровню сложности и широко используются в рамках различных форм контроля и оценки знаний.

 

 

Задание 3

       В пробирку с раствором газа X добавили раствор вещества Y. В результате реакции наблюдали образование осадка. Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанную реакцию.

1) сульфит калия; 2) аммиак;  3) нитрат алюминия; 4) хлороводород;              5) нитрат натрия.

Деятельность учащихся при выполнении этого задания условно можно разделить на несколько этапов. Вначале им необходимо проанализировать информацию, содержащуюся в условии задания. Это – перечень названий веществ, из числа которых нужно выбрать неизвестные вещества X и Y, и указание на признак протекающей реакции. Для ответа на вопрос, какие вещества могут вступать в описанную реакцию, необходимо актуализировать знания о свойствах всех указанных в задании веществ. Для этого потребуется выполнить.

Конкретное действие – преобразовать текстовую информацию (названия веществ) в знаковые модели – формулы веществ и уравнения реакций. Выполнив это действие, учащиеся смогут получить дополнительные сведения о свойствах веществ на основании анализа данных, содержащихся в таблице «Растворимость кислот, оснований и солей в воде».

Заключительным этапом деятельности учащихся при выполнении задания является установление соответствия между его условием и полученными данными о свойствах веществ.

Задание 4.

    В раствор сульфата меди(II) поместили железную пластинку. По окончании реакции пластинку вынули, а к образовавшемуся зеленоватому раствору добавили по каплям раствор нитрата бария до прекращения выделения осадка. Осадок отфильтровали, раствор выпарили, оставшуюся сухую соль прокалили на воздухе. При этом образовалось твёрдое бурое вещество, которое обработали концентрированной иодоводородной кислотой. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

     Данное задание условно можно назвать «мысленным» экспериментальным исследованием, целью которого является подтверждение генетической связи между неорганическими веществами разных классов. Такого рода исследование требует комплексного применения знаний и умений, а его результат должен быть проиллюстрирован посредством уравнений четырёх химических реакций, внешние признаки, способы и условия проведения которых подробно описаны в тексте задания. Уравнения реакций будут записаны правильно, если приняты во внимание как общие, так и специфические свойства веществ, участвующих в реакции, учтены условия протекания реакций между ними, а также проверена правильность расстановки коэффициентов в каждом из уравнений. Обязательным также для выполнения задания является представление развёрнутого ответа, содержащего запись уравнений четырёх реакций, подтверждающих весь ход мысленного эксперимента.

      3) Ещё одним важным направлением формирования естественнонаучной грамотности учащихся является обучение проведению расчётов по химическим формулам и уравнениям химических реакций с использованием физических величин, характеризующих вещества с количественной стороны: массы, объёма, количества вещества. Значимость этого направления подтверждается ярко выраженной метапредметностью данного метода познания, что чрезвычайно важно для формируемой естественнонаучной грамотности школьника. Так, для решения расчётных задач необходимо: знание основных законов химии, химических свойств неорганических и органических веществ различных классов, сущности и закономерностей протекания изученных типов химических реакций, а также знание основных приёмов проведения расчётов, используемых в физике и математике. Успешность решения задач зависит от умения анализировать химическую составляющую условия задания, интерпретировать данные о физических свойствах веществ, использовать во взаимосвязи такие понятия, как «количество вещества», «моль», «молярная масса», «молярный объём», а также от умения выбирать наиболее рациональный способ решения, строить алгоритм действий, формулировать обоснованный ответ. Проиллюстрируем высказанные положения на примере конкретных заданий.

Интегративные задания

   Низкий результат выполнения учащимися данных заданий связан также с

тем, что форма предъявления заданий дается в непривычном для них виде.

1. Условие представлено в неявном виде, либо содержит информацию, которая не требуется для ответа на вопрос;

2. В условии много лишних деталей, в то же время отсутствует часть необходимой информации, в некоторых случаях эта информация может содержаться в вопросе;

3. Некоторая информация представлена в разных форматах (текст, графики, таблицы, справочники, собственные знания);

4. Необходимая информация задана не в логике отнесения ее к конкретному предмету (учебному или научному), а в логике к конкретно жизненной ситуации (условие взято из жизни, а не из учебника);

5. Форма ответа не задана (или задана не в явном виде);

Примеры интегративных заданий по химии

8 класс тема «Растворы»

Задача 1. В середине марта, т.е. за месяц до посева, начинают готовить семена огурцов. Их подвешивают для прогревания над батареей. Затем на 10

мин. помещают в раствор поваренной соли NaCl с массовой долей 0,05 или

5%. Для посева отбирают лишь потонувшие семена, всплывшие выбрасывают. Кстати, обработка раствором соли не только помогает отобрать полноценные семена, но и удаляет с их поверхности возбудителей

заболеваний.

Задание: Приготовьте 80 г такого раствора.

Задача 2. В реанимацию попадают больные, потерявшие много крови. В этих

случаях используют 0,85%-й раствор поваренной соли (ϸ= 1 г/мл), который

называется физиологическим раствором.

Задание: Представьте, что вы медсестра реанимационного отделения и должны срочно приготовить 800 мл такого раствора. Как вы на месте медсестры приготовили бы такой раствор? (Ответ: Растворить 6,8 г соли в

793 мл воды.)

Задача 3. Фармацевту необходимо приготовить 5%-ный раствор иода, который используют для обработки ран. Какой объем раствора он может

приготовить из 10 г кристаллического иода, если плотность раствора должна

быть 0,950г/мл?

Вопросы:

1.Какую формулу имеет кристаллический иод?

2.Что значит «приготовить раствор»?

3.Сделайте по условию задачи необходимые расчеты для приготовления

раствора.

9 класс «Углерод и кремний».

Зубные пасты – это сложные смеси, чаще всего содержащие карбонат кальция (мел). Природный мел использовать для изготовления зубной пасты нельзя, так как он образовался из донных отложений доисторических морей и содержит очень твёрдые включения – панцири и раковины морских моллюсков. Карбонат кальция для зубной пасты получают химическим осаждением из раствора гидроксида кальция, который смешивают с карбонатом натрия.

Вопросы:

1. Напишите уравнение реакции осаждения «искусственного мела».

2. Рассчитайте массу гидроксида кальция, который потребуется для получения 85кг карбоната кальция этим способом, если выход продукта в технологическом процессе осаждения «искусственного мела» равен 94%.

10 класс тема «Углеводы».

Задача 1.У дельфина слѐзы сладкие, потому что в слезе дельфина содержатся

сахара – галактоза и фруктоза. Углеводно-белковые, напоминающие белок

куриного яйца, слѐзы служат смазкой. Дельфины плачут, чтобы лучше видеть и быстрее плавать.

Вопросы:

1.Установите молекулярную формулу фруктозы, которая придаѐт дельфиньим слезам сладкий вкус, если массовые доли элементов в ней составляют: 40,0%(С), 6,6%(Н), 53,4%(О).

2. Сравните (в табличной форме) физические свойства глюкозы и фруктозы.

Задача 2. На гидролизном заводе за сутки из древесных опилок получено 50

тонн 96% этилового спирта. Вычислите объем выделившегося углекислого газа в атмосферу. К чему может привести повышенное содержание углекислого газа в атмосфере?

10 класс «Аминокислоты»

Задача 1.Одной из причин долголетия японцев является широкое употребление в пищу морепродуктов. Содержащиеся в них жиры являются

ненасыщенными. В их состав входит большое число незаменимых жирных

кислот и жирорастворимых витаминов. Как незаменимые жирные кислоты,

так и жирорастворимые витамины являются важнейшими составляющими

рациона питания, необходимыми для поддержания здоровья человека и продления его жизни.

Задание.

1.Установите относительную молекулярную массу незаменимой аминокислоты – триптофана С11 Н22О2 N2. (Ответ. 204.)

2.Приготовьте сообщение о незаменимых аминокислотах.

  4) Пример формирования естественнонаучной грамотности  с использованием  метода проектов.

      Исходный лозунг основателей системы проектного обучения – «Все из жизни, все для жизни». Поэтому проектной метод изначального предполагает

рассмотреть явления окружающей нас жизни как опыты в лаборатории, в которой проходит процесс познания. Цель проектного обучения состоит в

том, чтобы создать условия, при которых учащиеся самостоятельно отыскивают недостающие знания из разных источников, учатся пользоваться

полученными знаниями для решения познавательных и практических задач,

приобретают коммуникативные умения, развивают системное мышление. В девятом классе на уроках химии, при изучении темы «Аммиак», учащимся

было предложено разработать проект, тема которого «Создание нового

средства для мытья окон».

   В ходе работы над данным проектом учащиеся не только применяют знания курса химии, экономики, экологии, биологии, но и овладевают и участвуют в самых различных видах деятельности: опытно-экспериментальный, расчетный, маркетинговой. Благодаря этому осуществляется межпредметная интеграция, которая способствует формированию целостной картины мира. Вопросы, которые решают учащиеся в ходе выполнения проекта, позволяют выработать экологически грамотное поведение в быту, природе, лаборатории, на производстве.

Для осуществления данного проекта:

-учащиеся должны знать: строение, физические, химические свойства

аммиака , его получение, применение;

учащиеся должны уметь: выполнять химический эксперимент, осуществлять

самостоятельный поиск химической информации с использованием

различных источников. В результате работы над проектом учащиеся учатся

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности в

повседневной жизни:

-объяснять химические явления, происходящие в быту;

-приобрести экологически грамотное поведение в окружающей среде;

-приобрести навыки безопасной работы с веществами в лаборатории, быту;

-приобрести умение осуществлять оценку качества отдельной химической продукции;

-критически оценивать достоверность химической информации, поступающей из различных источников;

       Результаты работы над проектом учащиеся представляют в виде компьютерной презентации. В нее должны входить : - тема, цель проекта, основная часть, этапы работы над проектом, полученные результаты. В основной части учащиеся должны представить следующую информацию о своей продукции: -инструкцию о способе применения и хранения, -проект торговой этикетки и названия продукции; -соответствие изделия требуемым стандартам качества;

Оценка результатов

Последний этап обязательно включает сравнение того, что было задумано с тем, что получилось. Соединение посредством рефлексивного анализа конечного результата с началом работы. При подведении итогов каждый из участников проекта дает самооценку деятельности, оценки обсуждаются коллективно. Примерные критерии оценивания презентаций проекта учащихся:

-достижение целей проекта;

-полнота изложения информации о продукции;

    Процесс выполнения школьниками проекта создает условия для развития системного мышления, способности выявлять и формулировать проблему, подлежащую решению, находить рациональные пути ее разрешения. При этом формируются важные качества личности и умения: контактность и целеустремленность, расчетливость и предприимчивость, способность ориентироваться в ситуации неопределенности, принимать решения, планировать и распределять деятельность.

     Опыт использования подобных задач на уроках химии показывает, что рассмотренные и подобные им задания способствуют формированию у учащихся естественно-научной грамотности.

  

 Учитель химии ГУО «Гимназия №18 г. Минска» О.В. Максимович

  

 Задание 1

Проанализируйте представленные в таблице утверждения и укажите, какое из них относится к понятию «химический элемент», а в какое – к понятию «простое вещество». Выбранный ответ обозначьте знаком «+» в соответствующем столбце таблицы.

Утверждение

Химический

элемент

Простое

вещество

Графит – «серый брат алмаза». Это слово происходит от греческого – grafo – пишу. Графит издавна использовали для изготовления пишущих инструментов вроде современных карандашей.

 

 

Иод играет важную роль в обмене веществ в организме человека. Иод накапливается в щитовидной железе. При её заболеваниях назначают иодсодержащие препараты.

 

 

Озон даже в небольших количествах выполняет роль окислителя многих веществ. Озоном обеззараживают водопроводную воду, очищают воздух от болезнетворных бактерий. Из-за своей активности в больших дозах он может стать опасным для здоровья человека и животных.

 

 

Алюминиевую фольгу широко используют в пищевой промышленности. Из неё делают обёртки конфет, шоколада, плавленых сыров, крышки молочных бутылок.

 

 

 

Задание 3

       В пробирку с раствором газа X добавили раствор вещества Y. В результате реакции наблюдали образование осадка. Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанную реакцию.

1) сульфит калия; 2) аммиак;  3) нитрат алюминия; 4) хлороводород;              5) нитрат натрия

Задание 4

    В школьной химической лаборатории на факультативном занятии учащиеся осуществили следующие превращения. Через стеклянную трубку, в которую был помещен порошок меди  пропускали кислород. Участок трубки с порошком при этом нагревали. Через некоторое время порошок почернел.После охлаждения прибора порошок высыпали из трубки и взвесили.  Затем порошок поместили в стаканчик и добавили соляную кислоту. При этом раствор в стаканчике приобрел голубой цвет.

1. Напишите уравнения реакций, описанных в данном эксперименте.

2. К каким типам относятся эти реакции?

 Задание 5.                         9 класс «Углерод и кремний».

Зубные пасты – это сложные смеси, чаще всего содержащие карбонат кальция (мел). Природный мел использовать для изготовления зубной пасты нельзя, так как он образовался из донных отложений доисторических морей и содержит очень твёрдые включения – панцири и раковины морских моллюсков. Карбонат кальция для зубной пасты получают химическим осаждением из раствора гидроксида кальция, который смешивают с карбонатом натрия.

Вопросы:

1. Напишите уравнение реакции осаждения «искусственного мела».

2. Рассчитайте массу гидроксида кальция, который потребуется для получения 85кг карбоната кальция этим способом, если выход продукта в технологическом процессе осаждения «искусственного мела» равен 94%.